《机电系统建模与仿真》课程教学大纲.docx

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1、机电系统建模与仿真教学大纲课程英文名Modeling and Simulation of Mechatronics Systems课程代码A0802Z00学分2.5总学时40理论学时30实验/实践学时10课程类别专业必修课课程性质必修先修课程工程数学、机械设计基础、电工 电子技术、自动控制原理等适用专业机械电子工程开课学院机电工程学院一、课程的地位与课程目标机电系统建模与仿真是综合性、实用性很强的，面向工程实际的应用型课程，是机械电 子工程的专业基础课之一。开设该门课程的目的是让学生通过该门课的学习，掌握机电系统 建模与仿真技术的基本方法，并具备对机械系统、电控系统、热力系统、液压系统、车辆系

2、 统等专业相关的物理系统进行分析、计算、实验和设计的初步能力，为今后参加工程实践打 好必要的理论基础，掌握一定的专门技术。本课程目标是通过授课、实验、实习等教学环节，使学生掌握机电系统的基本概念、基 本观点，初步掌握机电系统的建模与仿真典型方法,能够熟练应用仿真技术来分析机电系统, 为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论和专门技术基础，以培养学生的设计能力、创 新能力和工程意识。课程目标1、掌握机电系统建模与仿真技术的基本方法，具备对机械系统、电控系统、热力系统、液 压系统、车辆系统等专业相关的物理系统进行分析、建立数学模型，仿真的基本能力。2、掌握机电系统中机械、电子、控制等子系统的基本组

3、成元件数学建模的基本方法，及其 典型的数学模型表述。3、掌握线性时不变系统的数学模型的计算机仿真方法，对典型子系统数学模型的时域频域 分析方法。4、掌握MATLAB软件仿真基本方法，并具有对机电系统典型数学模型进行仿真算法实现 能力，具有灵活应用MATLAB基本方法的仿真能力。二、课程目标达成的途径与方法授课环节中采用启发式课堂讨论、突出逻辑规律因果关系、增强计算机辅助设计分析等, 从不同侧重点启发学生认识机电系统设计分析中涉及的关键技术。并采用电子课件、实验验 证、考试考核等途径来实现课程目标。利用平时成绩、实验成绩、实物制作、作品评价成绩 （报告）、期末考试（答辩考核）成绩等，采用“课程考

4、核成绩分析法”对课程目标达成度进 行评价。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对课程归属专业毕业要求的支撑程度毕业要求1、2毕业要求3、4毕业要求5毕业要求10课程目标1HHMM课程目标2HHHM课程目标3HHHM课程目标4HHHM注：1 .支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）;2 .毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容和基本要求知识点主要内容基 本 要 求系统、模型、仿真的基本概念L3第一章绪论系统建模与仿真技术的发展历史L2系统建模与仿真技术的研究与应用L2系统建模与仿真技术的发展趋势L2系统、子系统和元件L3数学建

5、模与建模要求L3第二章数学模型与系统建模数学建模的基本方法和常用表述形式L3机电系统基本元件模型L3电系统系统模型L3机械系统模型L3第三章线性系统建模与系统分析概述L2线性时不变系统的数学模型L3数学模型的转换L3一阶系统、二阶系统阶跃、频率响应L2一阶二阶系统根轨迹分析法L2（欧拉、改进欧拉、龙哥库塔）数字仿真算法L3仿真算法稳定性分析与计算步长的选择L2建模与仿真的可信度评估L2第四章离散系统的建模与仿真概述L2离散系统建模方法L3离散系统仿真方法L3第五章随机系统的建模与仿真概述L1随机系统模型简介L1几种典型随机系统实例L1随机系统仿真简介L1第六章分布参数系统的建模与 仿真概述L1

6、分布参数系统的数学描述L1典型分布参数系统实例L1L概述第七章 MATLAB 与 SIMULINK仿真基础MATLAB操作与使用L3SIMULINK基础操作L3常微分方程数值仿真L3线性系统时域频域状态空间仿真分析L3线性系统根轨迹分析L3随机变量统计特性及系统模型L3随机过程统计特性仿真L3基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握五、课程学时安排章节号教学内容教学时数学生任务对应课程目标自学要求作业讨论第1章绪论系统、模型、仿真的基本概念； 系统建模与仿真技术的发展历 史；系统建模与仿真技术的研 究与应用；系统建模与仿真技 术的发展趋势2/作业11第2音.数学模型与系统建模系统、子系

7、统和元件概述；1/作 业22-4数学建模与建模要求;数学建模 的基本方法和常用表述形式;机 电系统基本元件模型；2电系统模型；机械系统模型；2第线性系统数学模型与仿真分 析；线性时不变系统状态方程 建模；2/作业32-4数学模型间的转换；33章线性系统时域频域响应（阶跃、 频率响应）；线性系统根轨迹分 析法；3欧拉、改进欧拉、龙哥库塔法数 字仿真算法；4仿真算法稳定性分析与计算步 长的选择；建模与仿真的可信 度评估概述2第4音离散系统建模与仿真概述；离散系统建模方法（差分方程）；2/作 业42-4离散系统仿真方法（迭代法，z 变换）2第5 章.随机系统建模与仿真概述；随机系统模型简介；典型 随

8、机系统实例；2随机变量常用模型统计特性作 业52-4随机系统仿真简介；1第6音分布参数系统建模与仿真 概述；分布参数系统的数学描 述；典型分布参数系统实例；2/作业62-4第7早MATLAB 与 SIMULINK 仿真 概述；MATLAB操作与使用； SIMULINK基础操作；2M函数和SIMULINK模块基本操作实验报告（4份）4常微分方程数值解仿真；2线性系统时域频域状态空间仿 真分析；线性系统根轨迹分 析；2欧拉、改进欧拉、龙哥库塔数 字仿真算法；2随机变量统计特性及系统模 型；随机过程统计特性仿真2实践环节及基本要求序号实验项目教学学生任务实验性质实验类别学时1MATLAB/Simul

9、ink基础2初步掌握在MATLAB/ SIMULINK环境下对机 电一体化系统数学模型 进行仿真的方法。验证必做2系统状态方程和传 递函数的M文件和 SIMULINK的微分 方程仿真2掌握基于M文件和 SIMULINK模块进行建 模、仿真，以及两种模 型之间的转换验证必做3控制系统典型环节 数字仿真及分析2掌握状态空间、阶跃响 应、频域响应、根轨迹 法性能分析验证必做4四阶龙格库塔法求解系统模型2掌握不同数值算法步长 不同时迭代求解并分析 计算精度和算法的稳定 性设计必做5倒立摆模型/随机 系统模型仿真2倒立摆数学模型及仿真/ 掌握随机变量分布及统 计特性仿真，随机过程 统计特性仿真验证选做注

10、：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。六、考核方法及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业 等点名记录、课堂发言 记录、作业完成质量30%期末考核闭卷卷面成绩70%考核类别考试成绩登记方式百分制七、推荐教材与主要参考书1、陈无畏主编：系统建模与计算机仿真，机械工业出版社，2013年9月第一版。2、张晓华主编：控制系统数字仿真与CAD，机械工业出版社，2008年5月第二版。3、刘玉庆等译：系统动力学-机电系统的建模与仿真，国防工业出版社，2012年5月第一版。4、张立勋等编：机电系统建模与仿真，哈尔滨工业大学出版社，2010年2月。